專利名稱：用于檢測軋制產品形狀缺陷的方法及相關裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種在線檢測軋制產品斷面形狀缺陷的方法。
本發明還涉及一種能檢測上述形狀缺陷的相關裝置。
在以下說明中，軋制產品還應該包括從相似或類似工藝加工，例如拉撥或擠出生產出的產品。
另外，即使本發明優選地應用于具有一圓的公稱斷面或類似的產品，它還可以應用于不同斷面的產品，例如，多邊形、星形、三波瓣(葉瓣)形或其他。
本發明有利地，盡管不是排他地，應用于制鋼工業以獲得對產自至少一軋制、拉撥或擠出步驟的棒材或線材的斷面形狀缺陷的自動在線檢測。更準確地，本發明優選地應用于生產長條產品的熱軋工廠生產線。
為檢測形狀缺陷，現有技術采用旋轉式光學傳感器(檢測器)，這些傳感器適于繞加工中的軋制產品旋轉，并適于確定橢圓形狀、局部起伏(彎曲)或其他類型的變形或缺陷的存在。
然而，使用這些傳感器已表明并非完全有效，因為，由于產品一邊前進一邊繞其本身的軸旋轉，旋轉傳感器經常只能檢測到缺陷的存在(entity，或稱存在的事實)，而不能檢測到斷面形狀中的缺陷類型(屬性)，因而不能精確地識別該缺陷的類型。
不能識別缺陷類型就不能確定出上述缺陷的原因，例如，軋制輥的不正確對齊(對中)、在其公稱設計值之上或之下的閉合(合攏，closure)、或軋制、拉撥或擠出設備的磨損或損壞，并因此無法進行所需的修正以恢復更適合的加工條件。
另外，為了消除該缺點，現有技術已求助于復雜設備，這些設備從不同點采用多個探測器和采用三角測量技術，以推導出所發現的缺陷的類型。然而，這種設備對工廠而言十分昂貴而麻煩，所以經常是不經濟的，并且不能用于所有工廠。
本申請人設計并實現了本發明，以克服現有技術的上述缺點，并獲得進一步的優點。
本發明的目的在于能夠采用一相對簡單的裝置識別加工中的產品，尤其是一軋制金屬產品，的斷面形狀中的缺陷的類型，以及確定該缺陷的存在。該裝置不需要昂貴的設備以及復雜的處理和計算方法，并且基本上可以在任何類型的工廠中安裝。
根據這一目的，根據本發明的裝置包括用于當被分析產品由至少一束光照射時，測量該產品所投陰影(影子)的尺寸的裝置；實現針對該產品的至少一個具體的(特定的)尺寸區域的尺寸的展開(發展)的圖形表示的裝置；和這樣一個裝置，它能將上述圖形表示與多個圖形表示進行比較，該多個圖形表示中的每一個體現該產品的一個具體(特定)形狀缺陷的特征，以識別所發現的缺陷或缺陷的組合，確定出與所檢測到的圖形表示最相似的圖形表示。
換句話說，根據本發明的裝置適于提供一個所檢測到的圖形表示與多個參照(基準)圖形表示之間的相似性指標，其中前者(即檢測到的圖形表示)是根據在該產品上形成的一個陰影的具體測量而檢測的；后者(即參照圖形)是根據取決于工廠(設備)類型和所考慮的加工類型而可以發現的該產品的典型的形狀缺陷的知識而建立的。
每一圖形表示體現一個典型缺陷的與缺陷類型和存在兩者有關的特征，或者體現當兩或多個可同時發生在該產品上的缺陷被疊加時所產生的一個典型的缺陷組合的特征。
在一優選的實施例中，所采用的陰影的展開的圖形表示由隨著所考慮的中心角的變化而確定出的該產品直徑的展開的極坐標圖組成。
根據本優選實施例，測量上述陰影的尺寸的裝置，包括一個能繞其本身的軸旋轉的測量儀，以便在所考慮的該產品的至少一具體的角度區域上建立陰影尺寸的極坐標展開。
根據一個變型，每一檢測包括在至少兩個區域上所作的至少一個檢查，該兩區域相對該產品的中心相對且對稱地分布，以便能通過測量儀在限制到被觀測產品的一個減小的角度范圍內的旋轉，來識別缺陷或缺陷組合的類型。
因此，根據本發明的方法提供了一個建立和記憶(存儲)多個函數族的初步步驟。每一函數族能夠描述相關的多個可能的缺陷或缺陷的組合的類型。這些缺陷可以發現于與在該產品上進行的加工有關的所觀測的該產品上的一個具體的角度區域中。對加工中的產品上的陰影的尺寸進行測量，并建立相應的極坐標圖；根據一個變型，對該極坐標圖合適地過濾(濾整)并預處理，例如正規化(規范化)，以使該極坐標圖不受所觀測產品的尺寸變化的影響。
然后比較極坐標圖和預記憶的(預存的)函數，以確定出與通過該檢測所獲得的圖形最相似的一個函數。根據該最相似函數的確定，本方法能對該產品斷面上缺陷的類型進行分類，并還能確定其存在；針對所考慮的每一族缺陷的函數數量越多，近似程度就越大。
根據一個變型，本發明還提供對所得到的結果做逆(反)處理的一個步驟，例如，一個反正規化處理。
附圖簡介本發明的這些與其他特點將從下面參照附圖進行介紹的作為非限制性例子的優選實施例的描述中變得十分清楚，其中
圖1a、1b和1c示出了三個在斷面形狀中的可能的缺陷情形，以及隨著中心角變化時直徑的展開的相關極坐標圖(極線圖)；圖2示出了與圖1b情形相關的極坐標圖，該極坐標圖限制于具有該缺陷的角度區域中；圖3示出了用作比較函數的一族曲線，以鑒別與圖1b中情形相關的形狀缺陷；圖4示出了一根據本發明的裝置的流程圖。
在這種給定的軋輥布置下，由于軋輥的不精確對齊、不正確閉合、磨損或缺點而造成的缺陷(分別以11a、11b和11c表示這三種情形)在產品10的周邊對稱地重復出現。上述典型缺陷分別對應于過滿(圖1a)、未充滿(圖1b)和誤定中(偏移)(圖1c)的情形。
根據本發明的裝置包括至少一個可以發射朝向產品10并聚焦在無限遠處的一束光線的組件，和一個在由上述光束照射時可以測量該產品所投陰影的組件，這一組件是基本上常規類型而未在此詳細示出。
在圖4中示意地示出的裝置20中，以參照標號12表示的測量陰影的組件，適于繞其自身軸旋轉一定角度，以使得與測量組件12關聯的處理和計算裝置13能建立隨所考慮的中心角度變化的尺寸的極坐標圖。更準確地說，在這種情況下，極坐標圖代表根據測量儀的角度位置的產品10的直徑“d”的變化的展開。
如圖1a-1c所示，在本特定情形下，檢查可局限于兩個分別由AB和CD代表的角度區域(扇形區)，該兩個區域相對于產品10的公稱中心O對稱分布，并限定了一個大約60°的中心角；實際上，在給定的所考慮的軋制設備的類型的情況下，可以肯定的是在至少一個上述區域中將存在待要檢測的缺陷11a、11b和11c。
顯然，隨設備類型的變化，除所要分析的產品10的類型和形狀以外，還有根據本發明的測量裝置的使用與管理的參數也將發生變化。
如圖1a-1c中所示，每一典型缺陷11a-11c由一具體的極坐標圖以相關曲線的獨特和特征性的展開而限定。
另外，當要在加工中的軋制產品10中同時發現兩或多個缺陷的組合時，相關極坐標圖將由一獨特和特征性的展開來表征。
如果我們將檢查限制到斷面的一個減小的區域上，在該情形下為120°到180°，并以圖1b中所示的缺陷(未充滿)為例，則處理和計算裝置13可以建立并代表在所考慮的角度區域中所發現的缺陷類型的典型而單一(單義)的極坐標圖(圖2)。
在由陰影測量組件12提供的數據經過上述處理與計算裝置過濾(濾整)并預處理，例如正規化，之后，制成圖形表示，以減少產品10的斷面形狀和尺寸對測量造成的影響。
本發明通過一函數發生器14提供了一初始步驟，用于建立由圖4中的f1(Φ，K)，......，fn(Φ，K)表示的多個函數族。上述每一族函數可以描述并分類在所考慮的角度區域Φ0-Φ1中的產品10的斷面形狀的“n”個可能類型的缺陷或缺陷組合。
針對所考慮的具體類型的缺陷的不同和可變的存在，K通常代表確定出在相關族中的一個具體函數的參數的向量。
在此處所考慮的如圖1b所示的未充滿缺陷的情況下，圖3示出了描述隨其存在變化的該缺陷類型的一族正規化曲線(函數)。
然后，在一適當的相關組件15中，將由處理和計算裝置13基于陰影的測量而建立的正規化極坐標圖與由生成器14建立的函數族進行比較。
可以通過一適當的計算單元16提供并實行一參數化步驟，以便根據與標準化并預記憶的函數匹配并可比的測量建立圖形。
相關組件15適于確定出曲線之間的最大相關程度，該最大相關程度是當來自測量組件12的數據和由生成器14生成的一輸入函數間具有最大相關性時獲得的。根據具有最大相似性程度的函數所屬的族，裝置20能在生產過程中對在所分類的“n”種缺陷中發現的缺陷類型進行分類。
另外，如果具有最大相似性的函數屬于描述兩或多個缺陷的組合的一族，則相關組件15適于進行多個比較順序循環，以識別所存在的兩或多個類型缺陷的相對關聯，以便確定所發現的每一個缺陷的存在。
還可以對所獲得的結果進行反正規化的逆處理。
由于對產品中出現的缺陷的類型和存在進行了識別，從而裝置10能進行修正操作以恢復最適當的加工條件。
然而，很顯然，可以對至此所述的檢測形狀缺陷的方法和裝置的組成進行修正和/或附加，而不會脫離本發明的領域和范圍。
權利要求
1.一種用于檢測產品(10)的斷面形狀的缺陷(11a、11b和11c)的方法，其特征在于，它提供了-一個建立并記憶多個函數族的步驟，每一族可以描述一個相關類型的缺陷(11a、11b和11c)或缺陷的組合，這些缺陷可發現于與在上述產品(10)上進行的加工有關的所觀測的產品(10)中；-一個在當上述產品(10)被至少一束光照射時對由上述產品(10)所投陰影進行尺寸測量的步驟；-一個對于上述產品(10)的至少一個具體尺寸區域，建立與上述陰影的上述尺寸的展開有關的圖形表示的步驟，和-一個這樣的步驟，它用于比較上述圖形表示和上述記憶的函數，以確定出最類似于由上述檢測獲得的圖形表示的函數，以便對上述產品(10)的上述斷面中出現的缺陷(11a、11b和11c)的類型進行分類和確定其存在。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，上述圖形表示是隨中心角度變化的上述產品(10)的公稱直徑(“d”)的展開的極坐標圖。
3.根據權利要求1或2所述的方法，其特征在于，它提供了至少一個這樣步驟，它用于在與上述記憶的函數比較之前，對由上述陰影的尺寸測量所獲得的數據進行正規化。
4.根據上述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，上述陰影的尺寸測量步驟是通過檢查上述產品(10)的至少一個角度區域而進行的。
5.根據上述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，上述陰影的尺寸測量步驟是通過檢查相對于上述產品(10)的中心(O)的至少兩個相對并對稱的區域而進行的。
6.根據上述權利要求任一項所述的方法，其特征在于，在確定出缺陷的組合的類型之后，本方法提供一比較順序循環，以獲得對上述產品(10)中所發現的各個缺陷(11a、11b和11c)的存在的信息。
7.一種用于檢測產品(10)的斷面形狀的缺陷(11a、11b和11c)的裝置，其特征在于，它包括能在上述產品(10)被至少一束光照射時測量該產品的所投陰影尺寸的測量裝置(12)；能針對上述產品(10)的至少一個具體尺寸區域對上述尺寸的展開制作一個圖形表示的裝置(13)；和這樣一個裝置(15)，它能將上述圖形表示與多個圖形表示進行比較，上述多個圖形表示中的每一個體現上述產品(10)的斷面形狀的一個具體缺陷(11a、11b和11c)或一個這些缺陷的組合的特征，以便通過確定出與所檢測到的圖形表示最相似的圖形表示而識別所發現的缺陷。
8.根據權利要求7的裝置，其特征在于，體現一個具體缺陷(11a、11b和11c)的特征的上述圖形表示是由能建立并記憶多個函數f1(Φ，K)，......，fn(Φ，K)的函數生成裝置(14)獲得的，其中每一函數能根據類型和存在來描述并分類上述產品(10)的一個具體尺寸區域的斷面形狀的一個可能的缺陷或缺陷的組合。
9.根據權利要求7的裝置，其特征在于，上述能測量陰影尺寸的測量裝置(12)包括至少一個聚焦于無限遠處的光束發射器，和一個能繞自身軸進行角度旋轉的測量儀。
10.根據權利要求7-9中任一項的裝置，其特征在于，它包括一個與上述測量裝置(12)關聯的處理和計算裝置(13)，此裝置能對由述測量組件(12)提供的數據進行處理并進行至少一次正規化處理。
11.根據權利要求7-10中任一項的裝置，其特征在于，它包括一個能對數據進行參數化的計算單元(16)，以根據與上述函數生成器(14)建立的預記憶函數匹配的測量制作出圖形。
全文摘要
一種檢測產品(10)的斷面形狀的缺陷(11a、11b和11c)的方法和裝置，其中提供以下步驟一個建立并記憶多個函數族的步驟，每一族描述一個相關類型的缺陷或缺陷的組合，這些缺陷可發現于與在上述產品上進行的加工有關的所觀測的產品中；一個當上述產品被至少一束光照射時對由上述產品所投陰影進行尺寸測量的步驟；一個對于上述產品的一個具體尺寸區域，建立與上述陰影的尺寸的展開有關的圖形表示的步驟；和一個這樣的步驟，它用于比較上述圖形表示和上述記憶的函數，以確定出最類似于由上述檢測獲得的圖形表示的函數，以便對上述產品的上述斷面中出現的缺陷(11a、11b和11c)的類型進行分類和確定其存在。
文檔編號G01B11/24GK1433854SQ0310071
公開日2003年8月6日 申請日期2003年1月21日 優先權日2002年1月21日
發明者L·恰尼 申請人:丹尼利自動化股份公司